DE102015101585A1

DE102015101585A1 - Predictive scanning for primary detection in galvanically isolated flyback converters

Info

Publication number: DE102015101585A1
Application number: DE102015101585.4A
Authority: DE
Inventors: Ramakrishna Ankamreddi; Naresh Venkata Kotikelapudi; Ramesh Giri
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-08-20
Also published as: US20150236602A1; US9093910B1

Abstract

Ein System umfasst einen Pulsbreitenmodulator, eine Spannungserfassungsschaltung, einen Pulsgenerator und eine Abtastschaltung. Der Pulsbreitenmodulator erzeugt ein Steuersignal, um einen über eine Primärwicklung mit einer Eingangsspannung verbundenen Schalter zu steuern und eine Ausgangsspannung über einer Sekundärwicklung zu regeln, die über ein mit der Sekundärwicklung in Reihe verbundenes Bauteil an eine Last angelegt wird. Die Spannungserfassungsschaltung erfasst eine erste Spannung über der Primärwicklung, die die Ausgangsspannung darstellt. Der Pulsgenerator erzeugt einen einzelnen Puls zu einer Abtastzeit während eines ersten Zyklus des Steuersignals, die bestimmt wird auf Grundlage der Eingangsspannung, eines Spannungsabfalls über dem Schalter, einer Einschaltzeit des Schalters und der ersten Spannung, die während des ersten Zyklus erfasst wird. Die Abtastschaltung tastet die erste Spannung auf Grundlage des einzelnen Pulses zur Abtastzeit während des ersten Zyklus ab.A system includes a pulse width modulator, a voltage detection circuit, a pulse generator and a sampling circuit. The pulse width modulator generates a control signal to control a switch connected via a primary winding to an input voltage and to regulate an output voltage across a secondary winding which is applied to a load via a component connected in series with the secondary winding. The voltage detection circuit detects a first voltage across the primary winding that represents the output voltage. The pulse generator generates a single pulse at a sampling time during a first cycle of the control signal that is determined based on the input voltage, a voltage drop across the switch, a switch on time, and the first voltage sensed during the first cycle. The sampling circuit samples the first voltage based on the single pulse at the sampling time during the first cycle.

Description

Querverweis auf in Zusammenhang stehende PatentanmeldungenCross reference to related patent applications

Diese Anmeldung beansprucht den Vorrang der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/939,947, eingereicht am 14. Februar 2014. Die gesamte Offenbarung der oben angeführten Anmeldung ist hier durch Bezug aufgenommen.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 939,947, filed on Feb. 14, 2014. The entire disclosure of the above referenced application is incorporated herein by reference.

Gebietarea

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Leistungsumrichter und genauer Schaltregler für galvanisch getrennte Sperrwandler-Netzteile, die primärseitiges Erfassen zur Regelung verwenden.The present disclosure relates generally to power converters, and more particularly to switching regulators for isolated flyback power supplies that use primary-side sense control.

Hintergrundbackground

Die hier vorgesehene Beschreibung des Hintergrunds dient dem Zweck, allgemein den Kontext der Offenbarung darzustellen. Arbeit der vorliegend genannten Erfinder, in dem Ausmaß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die bei der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik gelten können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zugelassen.The description of the background provided herein is for the purpose of generally illustrating the context of the disclosure. Work of the present inventors, to the extent that it is described in this Background section, as well as aspects of the specification which may not otherwise be considered prior art when filed, are neither express nor implied as prior art to the present disclosure authorized.

Sperrwandler werden verbreitet in Schaltnetzteilen (SMPSs) benutzt, bei denen eine Ausgangsspannung von einer Eingangsspannung galvanisch getrennt ist. Ein Optokoppler wird typischerweise verwendet, um Ausgangsspannung an einer Sekundärwicklung eines Transformators zu erfassen und zu regeln.Flyback converters are widely used in switched mode power supplies (SMPSs) in which an output voltage is galvanically isolated from an input voltage. An optocoupler is typically used to detect and regulate output voltage at a secondary winding of a transformer.

ZusammenfassungSummary

Ein System umfasst einen Schalter, einen Pulsbreitenmodulator, eine Spannungserfassungsschaltung, einen Pulsgenerator, eine Abtastschaltung und einen Fehlerverstärker. Der Schalter ist über eine Primärwicklung eines Transformators mit einer Eingangsspannung verbunden. Der Pulsbreitenmodulator erzeugt ein Steuersignal, das pulsbreitenmodulierte Pulse mit einer ersten Frequenz und einem ersten Tastverhältnis enthält. Der Pulsbreitenmodulator steuert den Schalter auf Grundlage des Steuersignals und regelt eine Ausgangsspannung über einer Sekundärwicklung des Transformators durch Ein- und Ausschalten des Schalters bei der ersten Frequenz. Die Ausgangsspannung wird an eine Last angelegt, die über ein mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltetes Bauteil über der Sekundärwicklung angeschlossen ist. Die Spannungserfassungsschaltung erfasst eine erste Spannung über der Primärwicklung während einer durch eine Ausschaltzeit des Schalters dargestellten Entmagnetisierungszeit. Die erste Spannung stellt die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung dar. Der Pulsgenerator erzeugt einen einzelnen Puls bei einer Abtastzeit während jedes Zyklus des Steuersignals. Die Abtastzeit während eines ersten Zyklus des Steuersignals wird bestimmt auf Grundlage der Eingangsspannung, eines Spannungsabfalls über dem Schalter, einer Einschaltzeit des Schalters und eines Werts der ersten Spannung, die während des ersten Zyklus des Steuersignals erfasst wird. Die Abtastschaltung enthält einen einzigen Schalter und eine einzige Kapazität und tastet die erste Spannung auf Grundlage des einzelnen Pulses zur Abtastzeit während des ersten Zyklus des Steuersignals ab. Ein Abtastwert der ersten Spannung spiegelt die Ausgangsspannung mit minimierten Spannungsabfällen über dem Bauteil und parasitären Elementen der Sekundärwicklung während des ersten Zyklus des Steuersignals wider. Der Fehlerverstärker vergleicht den Abtastwert der ersten Spannung mit einer Referenzspannung und gibt während des ersten Zyklus des Steuersignals ein Fehlersignal zum Pulsbreitenmodulator aus. Der Pulsbreitenmodulator steuert das erste Tastverhältnis des Steuersignals während des ersten Zyklus des Steuersignals auf Grundlage des durch den Fehlerverstärker erzeugten Fehlersignals.A system includes a switch, a pulse width modulator, a voltage detection circuit, a pulse generator, a sampling circuit, and an error amplifier. The switch is connected to an input voltage via a primary winding of a transformer. The pulse width modulator generates a control signal that includes pulse width modulated pulses having a first frequency and a first duty cycle. The pulse width modulator controls the switch based on the control signal and regulates an output voltage across a secondary winding of the transformer by turning the switch on and off at the first frequency. The output voltage is applied to a load which is connected across the secondary winding via a component connected in series with the secondary winding. The voltage detection circuit detects a first voltage across the primary winding during a demagnetization time represented by a switch-off time of the switch. The first voltage represents the output voltage across the secondary winding. The pulse generator generates a single pulse at a sampling time during each cycle of the control signal. The sampling time during a first cycle of the control signal is determined based on the input voltage, a voltage drop across the switch, a turn-on time of the switch, and a value of the first voltage detected during the first cycle of the control signal. The sampling circuit includes a single switch and a single capacitance, and samples the first voltage based on the single pulse at the sampling time during the first cycle of the control signal. A sample of the first voltage reflects the output voltage with minimized voltage drops across the device and parasitic elements of the secondary during the first cycle of the control signal. The error amplifier compares the sample of the first voltage with a reference voltage and outputs an error signal to the pulse width modulator during the first cycle of the control signal. The pulse width modulator controls the first duty cycle of the control signal during the first cycle of the control signal based on the error signal generated by the error amplifier.

In einem weiteren Merkmal ist die Abtastzeit vom ersten Zyklus des Steuersignals zu einem zweiten Zyklus des Steuersignals unabhängig von Änderungen der Spannungsabfälle über dem Bauteil und den parasitären Elementen der Sekundärwicklung.In a further feature, the sampling time from the first cycle of the control signal to a second cycle of the control signal is independent of changes in the voltage drops across the device and the parasitic elements of the secondary winding.

In einem weiteren Merkmal ist die Abtastzeit programmierbar, um Streuungen einer Streuinduktivität des Transformators zu berücksichtigen.In another feature, the sampling time is programmable to account for variations in stray inductance of the transformer.

In einem weiteren Merkmal enthält die Abtastschaltung einen einzigen Schalter und eine einzige Kapazität.In another feature, the sampling circuit includes a single switch and a single capacitance.

In einem weiteren Merkmal tritt die Abtastzeit nach einem Zeitraum ein, der auf eine Einschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals folgt. Der Zeitraum ist gleich einer skalierten Ausschaltzeit des Schalters minus einer Summe aus einer Dauer des einzelnen Pulses und einer programmierbaren Verzögerung. Die programmierbare Verzögerung berücksichtigt Streuungen einer Streuinduktivität des Transformators. In another feature, the sampling time occurs after a period of time following an ON time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal. The time period is equal to a scaled turn-off time of the switch minus a sum of a duration of the single pulse and a programmable delay. The programmable delay takes into account variations in a stray inductance of the transformer.

In einem weiteren Merkmal liegt die Abtastzeit zwischen einem Ende einer Einschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals und einem Zeitpunkt während einer Ausschaltzeit des Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals, wenn der Strom in der Sekundärwicklung auf null abfällt.In another feature, the sampling time is between an end of an on-time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal and a time during an off time of the pulse in the first cycle of the control signal when the current in the secondary winding drops to zero.

In einem weiteren Merkmal umfasst das System weiter eine Verzögerungsschaltung, die das Erfassen der ersten Spannung um einen ersten Zeitraum folgend auf eine Einschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals verzögert, um Überschwingen aufgrund einer Streuinduktivität des Transformators und einer parasitären Kapazität des Schalters zu berücksichtigen.In a further feature, the system further includes a delay circuit that delays the detection of the first voltage for a first period of time following a pulse width modulated pulse on-time in the first cycle of the control signal to account for overshoot due to stray inductance of the transformer and parasitic capacitance of the switch ,

In einem weiteren Merkmal umfasst der Pulsgenerator eine erste Kapazität, die bei einer ersten Flanke eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals auf ein Massepotential entladen wird, die bis zu einer zweiten Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals geladen wird, und die über einen ersten Zeitraum auf eine zweite Spannung entladen wird, nachdem ein zweiter Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde. Eine zweite Kapazität wird auf eine dritte Spannung geladen, nachdem der zweite Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde, bis der Strom in der Sekundärwicklung null wird. Ein Komparator vergleicht die zweite Spannung mit der dritten Spannung und erzeugt den einzelnen Puls, wenn die dritte Spannung größer als die zweite Spannung wird.In a further feature, the pulse generator comprises a first capacitor which is discharged at a first edge of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal to a ground potential which is charged to a second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, and discharging a first period to a second voltage after waiting a second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal. A second capacitance is charged to a third voltage after waiting the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero. A comparator compares the second voltage with the third voltage and generates the single pulse when the third voltage becomes greater than the second voltage.

In einem weiteren Merkmal ist der erste Zeitraum eine Summe aus dem zweiten Zeitraum, einer Dauer des einzelnen Pulses und einer programmierbaren Verzögerung.In another feature, the first period is a sum of the second period, a duration of the single pulse, and a programmable delay.

In einem weiteren Merkmal beträgt die zweite Kapazität das K-Fache der ersten Kapazität. K ist kleiner als oder gleich 1.In another feature, the second capacity is K times the first capacity. K is less than or equal to 1.

In einem weiteren Merkmal ist die Abtastzeit gleich dem K-fachen einer Ausschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals minus einer Summe aus einer Dauer des einzelnen Pulses und einer programmierbaren Verzögerung.In a further feature, the sampling time is equal to K times a turn-off time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal minus a sum of a duration of the single pulse and a programmable delay.

In weiteren Merkmalen wird die erste Kapazität unter Verwendung eines ersten Stroms bis zur zweiten Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals geladen, wobei der erste Strom proportional zur Eingangsspannung ist. Die erste Kapazität wird unter Verwendung eines zweiten Stroms über den ersten Zeitraum auf die zweite Spannung entladen, nachdem der zweite Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde, wobei der zweite Strom proportional zur ersten Spannung ist, geteilt durch K. Die zweite Kapazität wird unter Verwendung eines dritten Stroms auf die dritte Spannung geladen, nachdem der zweite Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde, bis der Strom in der Sekundärwicklung null wird, wobei der dritte Strom proportional zur ersten Spannung ist.In further features, the first capacitance is charged using a first current to the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, the first current being proportional to the input voltage. The first capacitance is discharged to the second voltage using a second current over the first period of time after the second period of time has elapsed following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, the second current being proportional to the first voltage The second capacitor is charged to the third voltage using a third current after waiting for the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero, the third Current is proportional to the first voltage.

In noch anderen Merkmalen umfasst ein Verfahren das Erzeugen eines Steuersignals, das pulsbreitenmodulierte Pulse mit einer ersten Frequenz und einem ersten Tastverhältnis enthält, Steuern eines über eine Primärwicklung eines Transformators mit einer Eingangsspannung verbundenen Schalters auf Grundlage des Steuersignals, Regeln einer Ausgangsspannung über einer Sekundärwicklung des Transformators durch Ein- und Ausschalten des Schalters bei der ersten Frequenz und Anlegen der Ausgangsspannung an eine Last, die über ein mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltetes Bauteil über der Sekundärwicklung angeschlossen ist. Das Verfahren umfasst weiter das Erfassen einer ersten Spannung über der Primärwicklung während einer durch eine Ausschaltzeit des Schalters dargestellten Entmagnetisierungszeit, wobei die erste Spannung die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung darstellt, und das Erzeugen eines einzelnen Pulses bei einer Abtastzeit während jedes Zyklus des Steuersignals. Das Verfahren umfasst weiter das Bestimmen der Abtastzeit während eines ersten Zyklus des Steuersignals auf Grundlage der Eingangsspannung, eines Spannungsabfalls über dem Schalter, einer Einschaltzeit des Schalters und eines Werts der ersten Spannung, die während des ersten Zyklus des Steuersignals erfasst wird. Das Verfahren umfasst weiter das Abtasten der ersten Spannung unter Verwendung eines einzigen Schalters und einer einzigen Kapazität auf Grundlage des einzelnen Pulses zur Abtastzeit während des ersten Zyklus des Steuersignals. Ein Abtastwert der ersten Spannung spiegelt die Ausgangsspannung mit minimierten Spannungsabfällen über dem Bauteil und parasitären Elementen der Sekundärwicklung während des ersten Zyklus des Steuersignals wider. Das Verfahren umfasst weiter das Vergleichen des Abtastwerts der ersten Spannung mit einer Referenzspannung, das Erzeugen eines Fehlersignals auf Grundlage des Vergleichs während des ersten Zyklus des Steuersignals und das Steuern des ersten Tastverhältnisses des Steuersignals während des ersten Zyklus des Steuersignals auf Grundlage des Fehlersignals.In still other features, a method includes generating a control signal including pulse width modulated pulses having a first frequency and a first duty cycle, controlling a switch connected to a input voltage via a primary winding of a transformer based on the control signal, regulating an output voltage across a secondary winding of the transformer by turning the switch on and off at the first frequency and applying the output voltage to a load connected across the secondary winding via a component connected in series with the secondary winding. The method further includes detecting a first voltage across the primary winding during a degaussing time represented by a turn-off time of the switch, the first voltage representing the output voltage across the secondary winding, and generating a single pulse at a sampling time during each cycle of the control signal. The method further includes determining the sampling time during a first cycle of the control signal based on the input voltage, a voltage drop across the switch, a turn-on time of the switch, and a value of the first voltage detected during the first cycle of the control signal. The method further includes sampling the first voltage using a single switch and a single capacitance Basis of the single pulse at the sampling time during the first cycle of the control signal. A sample of the first voltage reflects the output voltage with minimized voltage drops across the device and parasitic elements of the secondary during the first cycle of the control signal. The method further comprises comparing the sample of the first voltage with a reference voltage, generating an error signal based on the comparison during the first cycle of the control signal, and controlling the first duty cycle of the control signal during the first cycle of the control signal based on the error signal.

In einem weiteren Merkmal ist die Abtastzeit unabhängig von Änderungen der Spannungsabfälle über dem Bauteil und den parasitären Elementen der Sekundärwicklung vom ersten Zyklus des Steuersignals zu einem zweiten Zyklus des Steuersignals.In another feature, the sampling time is independent of changes in the voltage drops across the device and the parasitic elements of the secondary winding from the first cycle of the control signal to a second cycle of the control signal.

In einem weiteren Merkmal erfolgt das Abtasten der ersten Spannung unter Verwendung eines einzigen Schalters und einer einzigen Kapazität.In another feature, the first voltage is sampled using a single switch and a single capacitance.

In einem weiteren Merkmal tritt die Abtastzeit nach einem Zeitraum ein, der auf eine Einschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals folgt. Der Zeitraum ist gleich einer skalierten Ausschaltzeit des Schalters minus einer Summe aus einer Dauer des einzelnen Pulses und einer programmierbaren Verzögerung. Die programmierbare Verzögerung berücksichtigt Streuungen einer Streuinduktivität des Transformators.In another feature, the sampling time occurs after a period of time following an ON time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal. The time period is equal to a scaled turn-off time of the switch minus a sum of a duration of the single pulse and a programmable delay. The programmable delay takes into account variations in a stray inductance of the transformer.

In einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren weiter das Verzögern des Erfassens der ersten Spannung um einen ersten Zeitraum folgend auf eine Einschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals, um Überschwingen aufgrund einer Streuinduktivität des Transformators und einer parasitären Kapazität des Schalters zu berücksichtigen.In a further feature, the method further comprises delaying the detection of the first voltage for a first time period following an on-time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal to account for overshoot due to a stray inductance of the transformer and a parasitic capacitance of the switch.

In weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren weiter das Entladen einer ersten Kapazität auf ein Massepotential bei einer ersten Flanke eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals, das Laden der ersten Kapazität bis zu einer zweiten Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals und das Entladen der ersten Kapazität über einen ersten Zeitraum auf eine zweite Spannung, nachdem ein zweiter Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde. Das Verfahren umfasst weiter das Laden einer zweiten Kapazität auf eine dritte Spannung, nachdem der zweite Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde, bis der Strom in der Sekundärwicklung null wird. Das Verfahren umfasst weiter das Vergleichen der zweiten Spannung mit der dritten Spannung und das Erzeugen des einzelnen Pulses, wenn die dritte Spannung größer als die zweite Spannung wird.In further features, the method further comprises discharging a first capacitance to a ground potential at a first edge of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, charging the first capacitance to a second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, and discharging the first capacitance first capacitor to a second voltage over a first period after a second period following the second edge of the pulse width modulated pulse was waited in the first cycle of the control signal. The method further comprises charging a second capacitance to a third voltage after awaiting the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero. The method further comprises comparing the second voltage to the third voltage and generating the single pulse when the third voltage becomes greater than the second voltage.

In weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren weiter das Laden der ersten Kapazität unter Verwendung eines ersten Stroms bis zur zweiten Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals, wobei der erste Strom proportional zur Eingangsspannung ist. Das Verfahren umfasst weiter das Entladen der ersten Kapazität unter Verwendung eines zweiten Stroms während des ersten Zeitraums auf die zweite Spannung, nachdem der zweite Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde, wobei der zweite Stromproportional zur ersten Spannung ist, geteilt durch K. Das Verfahren umfasst weiter das Laden der zweiten Kapazität unter Verwendung eines dritten Stroms auf die dritte Spannung, nachdem der zweite Zeitraum folgend auf die zweite Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde, bis der Strom in der Sekundärwicklung null wird, wobei der dritte Strom proportional zur ersten Spannung ist.In further features, the method further comprises charging the first capacitance using a first current to the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, wherein the first current is proportional to the input voltage. The method further comprises discharging the first capacitance to the second voltage using a second current during the first period after waiting for the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, the second current being proportional to the first voltage Voltage is divided by K. The method further includes charging the second capacitance using a third current to the third voltage after waiting the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero, the third current being proportional to the first voltage.

Weitere Gebiete der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung werden aus der genauen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offensichtlich. Die genaue Beschreibung und spezifische Beispiele sind nur zu Zwecken der Erläuterung bestimmt und sollen nicht den Umfang der Offenbarung einschränken.Further areas of applicability of the present disclosure will become apparent from the detailed description, claims, and drawings. The detailed description and specific examples are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the disclosure.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger aus der genauen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verstanden, wobei:The present disclosure will be more fully understood from the detailed description and the accompanying drawings, wherein:

1 ein Funktions-Blockschaltbild eines Schaltnetzteils ist; 1 Fig. 10 is a functional block diagram of a switched mode power supply;

2 ein Funktions-Blockschaltbild eines Schaltnetzteils ist, das eine primärseitige Reglerschaltung enthält; 2 FIG. 4 is a functional block diagram of a switched mode power supply including a primary side regulator circuit; FIG.

3 ein Funktions-Blockschaltbild eines Schaltnetzteils ist, das die primärseitige Reglerschaltung genau zeigt; 3 a functional block diagram of a switching power supply is that shows the primary-side regulator circuit exactly;

4 ein Beispiel einer Spannungserfassungsschaltung zeigt, die in der in 3 gezeigten primärseitigen Reglerschaltung verwendet ist; 4 an example of a voltage detection circuit shown in the in 3 shown primary-side regulator circuit is used;

5 ein Beispiel einer Spannungs-Strom-Wandlerschaltung (U/I-Wandler) zeigt, die in der in 3 gezeigten primärseitigen Reglerschaltung verwendet ist; 5 an example of a voltage-current converter circuit (U / I converter), which in the in 3 shown primary-side regulator circuit is used;

6 ein Beispiel einer Nullstromerfassung zeigt, die in der in 3 gezeigten primärseitigen Reglerschaltung verwendet ist; 6 shows an example of zero current detection, which is described in the in 3 shown primary-side regulator circuit is used;

7 ein Zeitdiagramm von Signalen zeigt, die zu der in 6 gezeigten Nullstromerfassung gehören; 7 shows a timing diagram of signals corresponding to the in 6 include zero current detection shown;

8 ein Beispiel einer Verzögerungsschaltung zeigt, die in der in 6 gezeigten Nullstromerfassung benutzt ist; 8th an example of a delay circuit shown in the in 6 shown zero current detection is used;

9 ein Beispiel eines monostabilen Multivibrators zeigt, der in der in 6 gezeigten Nullstromerfassung benutzt ist; 9 shows an example of a monostable multivibrator used in the in 6 shown zero current detection is used;

10 ein Flussdiagramm eines voraussagenden Abtastverfahrens zum primärseitigen Erfassen und Regeln in galvanisch getrennten Sperrwandlern ist; und 10 Fig. 10 is a flow chart of a predictive sampling method for detecting and regulating signals in galvanically isolated flyback converters; and

11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Abtastpulses zum Abtasten einer primärseitigen Spannung zum Regeln einer Ausgangsspannung auf einer Sekundärseite ist. 11 Figure 3 is a flow chart of a method of generating a sample pulse to sample a primary-side voltage to regulate an output voltage on a secondary side.

In der Zeichnung können Bezugsnummern wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder identische Elemente zu kennzeichnen.In the drawing, reference numbers may be reused to identify similar and / or identical elements.

Genaue BeschreibungPrecise description

In einem Sperrwandler kann, um Bauteilanzahl und -kosten zu reduzieren, eine Entmagnetisierungsspannung eines Transformators verwendet werden, um eine Ausgangsspannung des Sperrwandlers zu regeln. Die Effektivität dieses Verfahrens hängt vom Erzeugen eines Abtastsignals zum Abtasten der Ausgangsspannung ab, unmittelbar bevor Strom in der Sekundärwicklung des Transformators in Gegenwart parasitärer Elemente auf null abfällt, die mit dem Transformator und Bauteilen (z. B. einer Diode) im Sekundärkreis verknüpft sind. Die meisten Verfahren verwenden Abtastwerte der Ausgangsspannung, die in einem vorhergehenden Zyklus eines Steuersignals statt in einem aktuellen Zyklus des Steuersignals abgetastet wurden, um den Abtastzeitpunkt zu bestimmen. Spannungsabfälle über den parasitären Elementen können sich jedoch aufgrund von Laständerungen von einem Zyklus zum anderen ändern. Demgemäß enthält die zuvor abgetastete Ausgangsspannung möglicherweise nicht Spannungsabfälle über den parasitären Elementen im aktuellen Zyklus, was zu einer falschen Abtastzeit führen kann, zu der die Ausgangsspannung im aktuellen Zyklus abgetastet wird.In a flyback converter, to reduce component count and cost, a degaussing voltage of a transformer may be used to regulate an output voltage of the flyback converter. The effectiveness of this method depends on generating a sense signal for sensing the output voltage just before current in the secondary winding of the transformer drops to zero in the presence of parasitic elements associated with the transformer and components (eg, a diode) in the secondary circuit. Most methods use samples of the output voltage sampled in a previous cycle of a control signal rather than in a current cycle of the control signal to determine the sampling instant. However, voltage drops across the parasitic elements may change from one cycle to another due to load changes. Accordingly, the previously sampled output voltage may not include voltage drops across the parasitic elements in the current cycle, which may result in a wrong sampling time at which the output voltage is sampled in the current cycle.

Zum Beispiel kann Verwenden der zuvor abgetasteten Ausgangsspannung zu vorzeitigem Abtasten oder verzögertem Abtasten führen. Bei vorzeitigem Abtasten kann die Lastregelung aufgrund höherer Spannungsabfälle über den parasitären Elementen ungünstig beeinflusst werden. Bei verzögertem Abtasten wird die Ausgangsspannung abgetastet, nachdem sich der Sekundärstrom auf null verringert hat, was den Wandler zwingen kann, aufgrund von Nichtverfügbarkeit der Entmagnetisierungsspannung in der Primärwicklung aus der Regelung zu gehen. Diese Verfahren sind daher ungeeignet für Anwendungen, die eine breite Vielfalt von Transformatoren und Bauteilen im Sekundärkreis verwenden. Außerdem verwenden diese Verfahren auch eine 2-stufige Abtastung und eine Vielzahl von Abtastsignalen, was Kosten, Komplexität und Fehlerwahrscheinlichkeit erhöht.For example, using the previously sampled output voltage may result in premature or delayed sampling. With premature scanning, the load control can be adversely affected due to higher voltage drops across the parasitic elements. With delayed sampling, the output voltage is sampled after the secondary current has decreased to zero, which may force the converter to go out of control due to unavailability of the degaussing voltage in the primary winding. These methods are therefore unsuitable for applications that use a wide variety of secondary circuit transformers and components. In addition, these methods also use 2-stage sampling and a plurality of sampling signals, increasing cost, complexity and probability of error.

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein genaues voraussagendes Abtastverfahren zum primärseitigen Erfassen und Regeln in galvanisch getrennten Sperrwandlern. Das Verfahren kann verwendet werden, um ein Rückkopplungssignal durch Abtasten einer Entmagnetisierungsspannung eines Transformators auf eine Abtast- und Halteschaltung (S/H-Schaltung) zu erzeugen, die auf einem einzigen Kondensator basiert. Eine Abtastzeit (d. h. ein Zeitpunkt, zu dem ein Abtastwert entnommen wird) wird so bestimmt, dass die Entmagnetisierungsspannung abgetastet wird, unmittelbar bevor der Sekundärstrom auf null abfällt. Das Rückkopplungssignal von dem einzelnen Kondensator wird mit einer Referenzspannung verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Das Fehlersignal wird benutzt, um ein Tastverhältnis eines mit der Primärwicklung des Transformators verbundenen Schalters zu steuern, um die Ausgangsspannung zu regeln. Die Abtastzeit wird für einen gegebenen Zyklus auf Grundlage einer an die Primärwicklung angelegten Eingangsspannung, eines Spannungsabfalls über dem Schalter, einer primärseitigen Leitungszeit (durch das Tastverhältnis eingestellt) und einer auf die Primärwicklung im selben Zyklus widergespiegelten Sekundärspannung bestimmt. Die Abtastzeit ist unabhängig von parasitären Elementen, die durch den Transformator und mit der Sekundärwicklung verbundene Bauteile (z. B. eine Diode) eingebracht sind, weil das Verfahren sekundärseitige Echtzeit-Informationen, einschließlich Spannungsabfällen über einen Gleichstromwiderstand (DCR) der Sekundärwicklung und über der Diode, sowie die Ausgangsspannung benutzt. Das Verfahren verwendet ein einziges Abtastsignal und eine auf einem einzigen Kondensator basierende Abtast- und Halteschaltung (S/H-Schaltung).The present disclosure relates to an accurate predictive sampling method for detecting and regulating signals in galvanically isolated flyback converters. The method may be used to generate a feedback signal by sensing a degaussing voltage of a transformer on a sample and hold (S / H) circuit based on a single capacitor. A sampling time (i.e., a time at which a sample is taken) is determined so that the degaussing voltage is sampled immediately before the secondary current drops to zero. The feedback signal from the single capacitor is compared with a reference voltage to produce an error signal. The error signal is used to control a duty cycle of a switch connected to the primary winding of the transformer to regulate the output voltage. The sampling time is determined for a given cycle based on an input voltage applied to the primary winding, a voltage drop across the switch, a primary side conduction time (set by the duty cycle), and a secondary voltage reflected on the primary winding in the same cycle. The sampling time is independent of parasitic elements introduced by the transformer and secondary winding connected components (eg, a diode) because the method provides secondary real time information, including voltage drops across a DC resistance of the secondary winding and across the secondary winding Diode, as well as the output voltage used. The method uses a single sampling signal and a single capacitor based sample and hold (S / H) circuit.

Mit Bezug auf 1 ist nun ein Schaltnetzteil (SMPS) 100 gezeigt. Das Schaltnetzteil 100 enthält einen Transformator 102, eine Gleichrichterschaltung 104 und eine Reglerschaltung 106. Der Transformator 102 empfängt eine Eingangsspannung V_IN. Die Gleichrichterschaltung 104 richtet die Eingangsspannung V_IN gleich und erzeugt eine Ausgangsspannung V_OUT. Die Reglerschaltung 106 regelt die Ausgangsspannung V_OUT.Regarding 1 is now a switching power supply (SMPS) 100 shown. The switching power supply 100 contains a transformer 102 , a rectifier circuit 104 and a regulator circuit 106 , The transformer 102 receives an input voltage V _IN . The rectifier circuit 104 rectifies the input voltage V _IN and produces an output voltage V _OUT . The regulator circuit 106 regulates the output voltage V _OUT .

Mit Bezug auf 2 ist nun das Schaltnetzteil 100 genau gezeigt. Die Eingangsspannung V_IN wird über eine Kapazität C1 an eine Primärwicklung des Transformators 102 angelegt. Die Gleichrichterschaltung 104 ist mit einer Sekundärwicklung des Transformators 102 verbunden. Die Gleichrichterschaltung 104 enthält eine in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 102 verbundene Diode D und eine über der Sekundärwicklung des Transformators 102 angeschlossene Kapazität C2. Ein parasitärer Gleichstromwiderstand (DCR) der Sekundärwicklung des Transformators 102 ist zur Erläuterung als ein in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 102 verbundener Widerstand gezeigt.Regarding 2 is now the switching power supply 100 shown exactly. The input voltage V _IN is applied via a capacitor C1 to a primary winding of the transformer 102 created. The rectifier circuit 104 is with a secondary winding of the transformer 102 connected. The rectifier circuit 104 contains one in series with the secondary winding of the transformer 102 connected diode D and one across the secondary winding of the transformer 102 connected capacitance C2. A parasitic DC resistance (DCR) of the secondary winding of the transformer 102 is for explanation as one in series with the secondary winding of the transformer 102 connected resistor shown.

Die Reglerschaltung 106 enthält eine Pulsbreitenmodulatorschaltung (PWM-Schaltung) 108, einen Schalter SW, einen Widerstand R und eine Rückkopplungsschaltung 110. Ein erstes Ende des Schalters SW ist mit der Primärwicklung des Transformators 102 verbunden, und ein zweites Ende ist über den Widerstand R mit Masse verbunden. Die PWM-Schaltung 108 erzeugt ein Steuersignal (NDRV), das pulsbreitenmodulierte Pulse enthält, die den Schalter SW mit einer vorgegebenen Frequenz ein- und ausschalten.The regulator circuit 106 includes a pulse width modulator (PWM) circuit 108 , a switch SW, a resistor R and a feedback circuit 110 , A first end of the switch SW is connected to the primary winding of the transformer 102 connected, and a second end is connected via the resistor R to ground. The PWM circuit 108 generates a control signal (NDRV) containing pulse width modulated pulses which turn on and off the switch SW at a predetermined frequency.

Jeder Zyklus des Steuersignals enthält einen pulsbreitenmodulierten Puls. Jeder Zyklus des Steuersignals enthält eine Einschaltzeit T_ON und eine Ausschaltzeit T_OFF. Die Einschaltzeit T_ON ist gleich einer Pulsbreite des pulsbreitenmodulierten Pulses. Wenn ein pulsbreitenmodulierter Puls den Schalter SW einschaltet, wird die Eingangsspannung V_IN über der Primärwicklung des Transformators 102 angelegt. Strom fließt während der Dauer T_ON durch die Primärwicklung des Transformators 102. Die Primärwicklung des Transformators 102 speichert magnetische Energie. Der Schalter SW wird am Ende der Einschaltzeit T_ON ausgeschaltet. Sobald der Schalter SW ausgeschaltet ist, wird die magnetische Energie während der Zeit T_OFF zur Sekundärwicklung des Transformators 102 geliefert, um die Ausgangsspannung V_OUT über der Sekundärwicklung des Transformators 102 zu erzeugen. Die Ausgangsspannung V_OUT wird zu einer Last (nicht gezeigt) geliefert, die über der Sekundärwicklung des Transformators 102 angeschlossen ist.Each cycle of the control signal contains a pulse width modulated pulse. Each cycle of the control signal includes a turn-on time T _ON and a turn-off time T _OFF . The switch-on time T _ON is equal to a pulse width of the pulse-width-modulated pulse. When a pulse width modulated pulse turns on the switch SW, the input voltage V _{IN will be} across the primary winding of the transformer 102 created. Current flows through the primary winding of the transformer for the duration T _ON 102 , The primary winding of the transformer 102 stores magnetic energy. The switch SW is turned off at the end of the _ON time T _ON . Once the switch SW is turned off, the magnetic energy during the time T _OFF to the secondary winding of the transformer 102 supplied to the output voltage V _OUT across the secondary winding of the transformer 102 to create. The output voltage V _OUT is supplied to a load (not shown) that is above the secondary winding of the transformer 102 connected.

Die Rückkopplungsschaltung 110 erzeugt ein Rückkopplungssignal (ein Fehlersignal) auf Grundlage der Eingangsspannung V_IN, der Spannung LX und des durch die PWM-Schaltung 108 erzeugten Steuersignals. Die PWM-Schaltung 108 steuert die Pulsbreite (oder das Tastverhältnis) der pulsbreitenmodulierten Pulse auf Grundlage des Rückkopplungssignals, um die Ausgangsspannung V_OUT zu regeln. The feedback circuit 110 generates a feedback signal (an error signal) based on the input voltage V _IN , the voltage LX and that through the PWM circuit 108 generated control signal. The PWM circuit 108 controls the pulse width (or duty cycle) of the pulse width modulated pulses based on the feedback signal to control the output voltage V _OUT .

Mit Bezug auf 3 ist nun die Rückkopplungsschaltung 110 genau gezeigt. Die Rückkopplungsschaltung 110 enthält eine Spannungserfassungsschaltung 112; eine Vielzahl von U/I-Wandlern 114-1, 114-2, 114-3 (insgesamt U/I-Wandler 114); eine Nullstromerfassung 116; eine Abtast- und Halteschaltung (S/H-Schaltung) (Abtastschaltung) 118; und einen Fehlerverstärker 120.Regarding 3 is now the feedback circuit 110 shown exactly. The feedback circuit 110 contains a voltage detection circuit 112 ; a variety of U / I converters 114-1 . 114-2 . 114-3 (Total U / I converter 114 ); a zero current detection 116 ; a sample and hold circuit (S / H circuit) (sampling circuit) 118 ; and an error amplifier 120 ,

Die Spannungserfassungsschaltung 112 erfasst eine Spannung, die über der Primärwicklung des Transformators 102 während einer sekundären Leitungszeit (T_OFF) jedes Zyklus des Steuersignals erscheint. Die Spannungserfassungsschaltung 112 erzeugt V_OUTSENSE. Die Spannungserfassungsschaltung 112 kann einen Abschwächungsfaktor β verwenden. Die Spannungserfassungsschaltung 112 wird während der sekundären Leitungszeit (T_OFF) aktiviert, nachdem eine Verzögerung T_BLANK abgewartet wurde, um LC-Überschwingen aufgrund einer Streuinduktivität des Transformators 102 und einer parasitären Kapazität des Schalters SW auszusondern. Während der sekundären Leitungszeit (T_OFF) stellt die Spannung über der Primärwicklung des Transformators 102 die Spannung über der Sekundärwicklung des Transformators 102 dar, multipliziert mit einem Windungsverhältnis des Transformators 102. Ein Beispiel der Spannungserfassungsschaltung 112 ist in 4 gezeigt.The voltage detection circuit 112 detects a voltage across the primary winding of the transformer 102 during a secondary conduction time (T _OFF ) each cycle of the control signal appears. The voltage detection circuit 112 generates V _OUTSENSE . The voltage detection circuit 112 may use an attenuation factor β. The voltage detection circuit 112 is activated during the secondary conduction time (T _OFF ) after a delay T _{BLANK has been} waited for to cause LC overshoot due to a stray inductance of the transformer 102 and a parasitic capacitance of the switch SW. During the secondary conduction time (T _OFF ), the voltage sets across the primary winding of the transformer 102 the voltage across the secondary winding of the transformer 102 multiplied by a turns ratio of the transformer 102 , An example of the voltage detection circuit 112 is in 4 shown.

Der U/I-Wandler 114-1 erzeugt einen ersten Strom proportional zur Eingangsspannung V_IN. Der U/I-Wandler 114-2 erzeugt einen zweiten Strom proportional zur Spannung LX. Eine Summierschaltung 115 subtrahiert den zweiten Strom vom ersten Strom und erzeugt einen Strom I_IN. Der zweite Strom kann vernachlässigt werden, falls der Spannungsabfall über dem Schalter SW vernachlässigbar ist. Der U/I-Wandler 114-3 erzeugt einen Strom I_OUT proportional zu V_OUTSENSE. Der U/I-Wandler 114-3 kann den Strom I_OUT um einen Faktor 1/β heraufsetzen. Ein Beispiel der U/I-Wandler 114 ist in 5 gezeigt.The U / I converter 114-1 generates a first current proportional to the input voltage V _IN . The U / I converter 114-2 generates a second current proportional to the voltage LX. A summation circuit 115 subtracts the second current from the first current and generates a current I _IN . The second current can be neglected if the voltage drop across the switch SW is negligible. The U / I converter 114-3 generates a current I _OUT proportional to V _OUTSENSE . The U / I converter 114-3 can increase the current I _OUT by a factor of 1 / β. An example of the U / I converter 114 is in 5 shown.

Die Nullstromerfassung 116 verwendet das durch die PWM-Schaltung 108 erzeugte Steuersignal NDRV, den Strom I_IN und den Strom I_OUT, um die Abtastzeit T_SAMPLE vorauszusagen, zu der der Sekundärstrom auf nahe null abfällt, und erzeugt einen Abtastpuls F_SMP. Die Nullstromerfassung 116 erzeugt einen einzelnen Abtastpuls F_SMP während jedes Zyklus des Steuersignals. Demgemäß kann die Nullstromerfassung 116 Pulsgenerator genannt werden.The zero current detection 116 uses this through the PWM circuit 108 generated control signal NDRV, the current I _IN and the current I _OUT to predict the sampling time T _SAMPLE , at which the secondary current drops to near zero, and generates a sampling pulse F_SMP. The zero current detection 116 generates a single sample pulse F_SMP during each cycle of the control signal. Accordingly, the zero current detection 116 Be called pulse generator.

Der Abtastpuls F_SMP ist ein Signal eines monostabilen Multivibrators, das einen Abtastschalter in der Abtastschaltung 118 über einen Zeitraum T_PW schließt, um V_OUTSENSE auf einen Abtastkondensator in der Abtastschaltung 118 als Abtastwert abzutasten. Die abgetastete Spannung (V_FB) wird gehalten, bis die Ladung des Abtastkondensators während eines nächsten Zyklus des Steuersignals erneuert wird.The sampling pulse F_SMP is a signal of a monostable multivibrator comprising a sampling switch in the sampling circuit 118 over a period T _PW closes to V _OUTSENSE on a sampling capacitor in the sampling circuit 118 to sample as a sample. The sampled voltage (V _FB ) is held until the charge of the sampling capacitor is renewed during a next cycle of the control signal.

Der Fehlerverstärker 120 vergleicht die abgetastete Spannung VFB mit einer Referenzspannung V_REF und erzeugt ein Fehlersignal. Die PWM-Schaltung 108 steuert das Tastverhältnis des Schalters SW auf Grundlage des Fehlersignals, um die Ausgangsspannung V_OUT zu regeln. Der Widerstand R erfasst den Primärstrom und begrenzt den Strom Zyklus für Zyklus auf Grundlage des Fehlersignals. Eine maximale Stromgrenze ist ein programmierter Spitzenstrom. Die Strombegrenzung kann auch unter Verwendung eines verlustfreien Verfahrens durch Erfassen der Spannung LX ausgeführt werden.The error amplifier 120 compares the sampled voltage VFB with a reference voltage V _REF and generates an error signal. The PWM circuit 108 controls the duty cycle of the switch SW based on the error signal to control the output voltage V _OUT . The resistor R detects the primary current and limits the current cycle by cycle based on the error signal. A maximum current limit is a programmed peak current. The current limiting may also be carried out using a lossless method by detecting the voltage LX.

Die Nullstromerfassung 116 sagt die Abtastzeit wie folgt genau voraus. Wenn der Schalter SW eingeschaltet wird, speichert die Primärwicklung des Transformators 102 die magnetische Energie, die von der Eingangsspannung V_IN, dem Magnetisierungszeitraum (T_ON) und einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators 102 abhängt. Sobald der Schalter SW ausgeschaltet ist, wird die gespeicherte Energie während des Entmagnetisierungszeitraums (T_OFF) zur Sekundärwicklung des Transformators 102 geliefert. Während des Entmagnetisierungszeitraums T_OFF kann die Spannung über der Sekundärwicklung des Transformators 102 durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: V_SEC-TOFF = V_OUT + V_DIODE + V_DCR (1) wobei V_OUT die Ausgangsspannung ist, V_DIODE der Spannungsabfall über der Diode D ist und V_DCR der Spannungsabfall über dem parasitären Widerstand DCR der Sekundärwicklung des Transformators 102 ist.The zero current detection 116 predicts the sampling time exactly as follows. When the switch SW is turned on, stores the primary winding of the transformer 102 the magnetic energy, that of the input voltage V _IN , the magnetization period (T _ON ) and a magnetization inductance of the transformer 102 depends. As soon as the switch SW is switched off, the stored energy becomes the secondary winding of the transformer during the demagnetization period (T _OFF ) 102 delivered. During the demagnetization period T _OFF , the voltage across the secondary winding of the transformer 102 be expressed by the following equation: V _SEC-TOFF = V _OUT + V _DIODE + V _DCR (1) where V _{OUT is} the output voltage, V _{DIODE is} the voltage drop across the diode D and V _{DCR is} the voltage drop across the parasitic resistor DCR of the secondary winding of the transformer 102 is.

Während des Entmagnetisierungszeitraums T_OFF kann die Spannung über der Sekundärwicklung des Transformators 102, die über der Primärwicklung des Transformators 102 widergespiegelt wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

wobei N_PRI die Windungszahl der Primärwicklung des Transformators 102 bezeichnet und N_SEC die Windungszahl der Sekundärwicklung des Transformators 102 bezeichnet.During the demagnetization period T _OFF , the voltage across the secondary winding of the transformer 102 that over the primary winding of the transformer 102 is reflected by the following equation:

where N _{PRI is} the number of turns of the primary winding of the transformer 102 and N _{SEC is} the number of turns of the secondary winding of the transformer 102 designated.

Die Spannungsabfälle V_DIODE und V_DCR hängen vom Sekundärstrom I_SEC ab, der während des Entmagnetisierungszeitraums T_OFF von einem Spitzenwert I_SEC-PEAK auf null abfällt (siehe 7). Zum genauen Erfassen der über der Primärwicklung des Transformators 102 während des Entmagnetisierungszeitraums T_OFF widergespiegelten Ausgangsspannung V_OUT muss der Beitrag von V_DIODE und V_DCR minimiert werden. Dies kann erreicht werden durch Abtasten der Spannung über der Primärwicklung des Transformators 102, wenn der Sekundärstrom I_SEC fast null erreicht. Ein Nulldurchgangsereignis des Sekundärstroms I_SEC kann genau bestimmt werden, indem tatsächliche Werte der Magnetisierungs- und Entmagnetisierungsflüsse gleichgesetzt werden.The voltage _drops V _DIODE and V _DCR depend on the secondary _current I _SEC , which drops to zero during a demagnetization period T _OFF from a peak I _SEC-PEAK (see 7 ). For accurately detecting the over the primary winding of the transformer 102 During the degaussing period T _{OFF, the} reflected output voltage V _OUT must minimize the contribution of V _DIODE and V _DCR . This can be accomplished by sensing the voltage across the primary winding of the transformer 102 when the secondary current I _{SEC reaches} almost zero. A zero crossing event of secondary current I _SEC can be accurately determined by equating actual values of magnetization and demagnetization fluxes.

Im Transformator 102 kann der Magnetisierungsfluss Φ_PRI durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

In the transformer 102 For example, the magnetization flux Φ _PRI can be expressed by the following equation:

Der Entmagnetisierungsfluss Φ_SEC kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

The demagnetizing flux Φ _SEC can be expressed by the following equation:

Bei Vernachlässigung der Streuinduktivität des Transformators 102 ist der Magnetisierungsfluss gleich dem Entmagnetisierungsfluss. Aus den Gleichungen (3) und (4) erhalten wir

Neglecting the stray inductance of the transformer 102 the magnetization flux is equal to the demagnetization flux. From equations (3) and (4) we obtain

Während T_ON ist V_PRI = (V_IN – V_LX). Während T_OFF ist V_SEC = (V_OUT + V_DIODE + V_DCR). Durch Einsetzen dieser Werte in Gleichung (5) erhalten wir

While T _ON is V _PRI = (V _IN - V _LX ). While T _OFF is V _SEC = (V _OUT + V _DIODE + V _DCR ). By substituting these values into equation (5) we obtain

Durch Umschreiben der Gleichung (6) im Sinne von Gleichung (2) erhalten wir

By rewriting the equation (6) in the sense of equation (2) we obtain

Die Nullstromerfassung 116 bestimmt die Abtastzeit T_SAMPLE auf Grundlage von I_IN, I_OUT und T_ON wie folgt. I_IN wird unter Verwendung der U/I-Wandler 114-1 und 114-2 und der Summierschaltung 115 erzeugt und kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: I_IN = G·(V_IN –V_LX) (8) wobei G die Transkonduktanz der U/I-Wandler 114-1 und 114-2 ist.The zero current detection 116 determines the sampling time T _SAMPLE based on I _IN , I _OUT and T _ON as follows. I _IN is using the U / I converters 114-1 and 114-2 and the summing circuit 115 and can be expressed by the following equation: I _IN = G * (V _IN -V _LX ) (8) where G is the transconductance of the U / I converters 114-1 and 114-2 is.

Die Spannungserfassungsschaltung 112 erfasst V_PRI-TOFF, die die in der Primärwicklung des Transformators 102 während des Entmagnetisierungszeitraums T_OFF widergespiegelte Sekundärspannung ist, und die durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann: VOUT_SENSE = β·V_PRI-TOFF (9) wobei β = R_REF/R_REG der durch die Spannungserfassungsschaltung 112 eingeführte Abschwächungsfaktor ist. The voltage detection circuit 112 captures V _PRI-TOFF , which is in the primary winding of the transformer 102 during the degaussing period, T _{OFF is the} reflected secondary voltage and can be expressed by the following equation: VOUT _SENSE = β * V _PRI-TOFF (9) where β = R _REF / R _REG through the voltage _{detection circuit} 112 introduced attenuation factor.

Der U/I-Wandler 114-3 erzeugt I_OUT aus V_OUTSENSE, was durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann: I_OUT = G / β·VOUT_SENSE (10) wobei G/β die Transkonduktanz des U/I-Wandlers 114-3 ist.The U / I converter 114-3 generates I _OUT from V _OUTSENSE , which can be expressed by the following equation: I _OUT = G / β * VOUT _SENSE (10) where G / β is the transconductance of the U / I converter 114-3 is.

Aus den Gleichungen (9) und (10) erhalten wir I_OUT = G·V_PRI-TOFF (11) From equations (9) and (10) we obtain I _OUT = G * V _PRI-TOFF (11)

Die Gleichungen (7), (8) und (11) werden benutzt, um die Abtastzeit wie folgt genau vorauszusagen.Equations (7), (8) and (11) are used to accurately predict the sample time as follows.

Mit Bezug auf 6 und 7 ist nun die Nullstromerfassung 116 genau gezeigt. Die Nullstromerfassung 116 enthält eine erste Kapazität C3, einen ersten Schalter S1, einen ersten monostabilen Multivibrator 150, eine erste Verzögerungsschaltung 152, eine zweite Verzögerungsschaltung 154, einen zweiten Schalter S2, eine zweite Kapazität C4, einen dritten Schalter S3, einen Komparator 156 und einen zweiten monostabilen Multivibrator 158. Der Wert der zweiten Kapazität C4 ist das K-fache des Wertes der ersten Kapazität C3, wobei K ein Skalierungsfaktor ist, dessen Wert im Bereich von 0,5 bis 1 liegt, wie nachstehend erläutert.Regarding 6 and 7 is now the zero current detection 116 shown exactly. The zero current detection 116 includes a first capacitance C3, a first switch S1, a first monostable multivibrator 150 , a first delay circuit 152 , a second delay circuit 154 , a second switch S2, a second capacitor C4, a third switch S3, a comparator 156 and a second monostable multivibrator 158 , The value of the second capacitance C4 is K times the value of the first capacitance C3, where K is a scaling factor whose value is in the range of 0.5 to 1, as explained below.

Ein Beispiel einer Verzögerungsschaltung der ansteigenden Flanke, die verwendet werden kann, um die erste und die zweite Verzögerungsschaltung 152 und 154 auszuführen, ist in 8 gezeigt. Ein Beispiel eines monostabilen Multivibrators, der verwendet werden kann, um den ersten und den zweiten monostabilen Multivibrator 150 und 158 auszuführen, ist in 9 gezeigt.An example of a rising edge delay circuit that may be used to connect the first and second delay circuits 152 and 154 to execute is in 8th shown. An example of a monostable multivibrator that can be used to provide the first and second monostable multivibrators 150 and 158 to execute is in 9 shown.

Während eines erste Zyklus des durch die PWM-Schaltung 108 erzeugten Steuersignals NDRV wird bei einer ansteigenden Flanke des Steuersignals NDRV die erste Kapazität C3 durch einen Puls F_CLEAR1 auf ein Massepotential entladen, der durch den ersten monostabilen Multivibrator 150 erzeugt wird. Nach dem Puls F_CLEAR1 beginnt die erste Kapazität C3, sich bis zu einer fallenden Flanke des Steuersignals NDRV über den ersten Schalter S1 aus einer Stromquelle I_IN zu laden. Bei der fallenden Flanke des Steuersignals NDRV wird der erste Schalter S1 geöffnet, und eine Spannung der ersten Kapazität C3 wird auf einem Wert VC1 gehalten.During a first cycle of the PWM circuit 108 generated control signal NDRV is at a rising edge of the control signal NDRV, the first capacitor C3 discharged by a pulse F_CLEAR1 to a ground potential by the first monostable multivibrator 150 is produced. After the pulse F_CLEAR1, the first capacitor C3 starts to charge up to a falling edge of the control signal NDRV via the first switch S1 from a current source I _IN . At the falling edge of the control signal NDRV, the first switch S1 is opened, and a voltage of the first capacitor C3 is maintained at a value VC1.

Nach Warten während einer durch die erste Verzögerungsschaltung 152 erzeugten Verzögerungszeit T_BLANK von der fallenden Flanke des Steuersignals NDRV wird die erste Kapazität C3 von dem gehaltenen Wert von VC1 über den zweiten Schalter S2 und eine Stromquelle I_OUT/K über eine Dauer einer durch die zweite Verzögerungsschaltung 154 erzeugten Kompensationsverzögerung T_COMPENSATE entladen. Die endgültige Spannung VC1 der ersten Kapazität C3 kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

After waiting during a through the first delay circuit 152 generated delay time T _BLANK from the falling edge of the control signal NDRV, the first capacitor C3 from the held value of VC1 via the second switch S2 and a current source I _{OUT / K} over a period of one by the second delay circuit 154 generated compensation _delay T _COMPENSATE discharged. The final voltage VC1 of the first capacitance C3 can be expressed by the following equation:

Für den Rest der sekundären Leitungszeit wird die zweite Kapazität C4 auf eine Spannung VC2 über den dritten Schalter S3 und eine Stromquelle I_OUT nach Warten auf die Verzögerung T_BLANK von der fallenden Flanke des Steuersignals NDRV geladen. Der Komparator 156 vergleicht die Spannung VC2 mit der Spannung VC1, um die Abtastzeit T_SAMPLE zu bestimmen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der zweite monostabile Multivibrator 158 den Abtastpuls F_SMP mit einer Pulsdauer T_PW. Die Spannung der zweiten Kapazität C4 zur Abtastzeit T_SAMPLE kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

For the remainder of the secondary conduction time, the second capacitance C4 is charged to a voltage VC2 via the third switch S3 and a current source I _OUT after waiting for the delay T _BLANK from the falling edge of the control signal NDRV. The comparator 156 compares the voltage VC2 with the voltage VC1 to determine the sampling time T _SAMPLE . At this time, the second monostable multivibrator generates 158 the sampling pulse F_SMP with a pulse duration T _PW . The voltage of the second capacitance C4 at the sampling time T _SAMPLE can be expressed by the following equation:

Wenn VC1 und VC2 gleich werden, erzeugt der Komparator 156 den Abtastpuls F_SMP. Aus den Gleichungen (12) und (13) erhalten wir

When VC1 and VC2 become equal, the comparator generates 156 the sampling pulse F_SMP. From equations (12) and (13) we get

Die Kompensationsverzögerung T_COMPENSATE ist eine Summe aus der Ausblendezeit (T_BLANK), der Pulsdauer (T_PW) des Abtastpulses F_SMP und einer programmierbaren Verzögerung (T_PROG), die verwendet werden kann, um die Abtastzeit T_SAMPLE fein abzustimmen. T_COMPENSATE = T_BLANK + T_PW + T_PROG (17) The compensation _delay T _COMPENSATE is a sum of the blanking time (T _BLANK ), the pulse duration (T _PW ) of the sampling pulse F_SMP and a programmable delay (T _PROG ), which can be used to finely tune the sampling time T _SAMPLE . T _COMPENSATE = T _BLANK + T _PW + T _PROG (17)

Durch Einsetzen von Gleichung (17) in Gleichung (16) und Auflösen nach T_SAMPLE erhalten wir

By substituting equation (17) into equation (16) and resolving to T _SAMPLE we obtain

Durch Einsetzen von Gleichung (8) und (11) in Gleichung (18) erhalten wir

By substituting Equation (8) and (11) into Equation (18), we obtain

Durch Umschreiben der Gleichung (19) unter Verwendung von Gleichung (7) erhalten wir T_SAMPLE = K·T_OFF – T_PW – T_PROG (20) By rewriting equation (19) using equation (7), we obtain T _SAMPLE = K * T _OFF - T _PW - T _PROG (20)

Nach der obigen Gleichung sollte T_SAMPLE immer vor T_OFF eintreten. K ist der Skalierungsfaktor, der das Verhältnis von T_SAMPLE zu T_OFF steuert und dessen Wert immer kleiner als oder gleich eins ist. T_PROG kann verwendet werden, um unter Verwendung eines externen programmierbaren Elements T_SAMPLE um eine feste Verzögerung entweder hin zu oder weg von der fallenden Flanke von NDRV zu bewegen. Die Abtastzeit T_SAMPLE wird um T_PW in Gleichung (20) verschoben, um sicherzustellen, dass die Entmagnetisierungsspannung an der Primärwicklung bis zur fallenden Flanke des Abtastpulses F_SMP zur Verfügung steht, wenn die Abtastschaltung 118 in den Haltemodus geht.According to the above equation, T _{SAMPLE should} always occur before T _OFF . K is the scaling factor that controls the ratio of T _SAMPLE to T _OFF and whose value is always less than or equal to one. T _PROG can be used to move a fixed delay either toward or away from the falling edge of NDRV using an external programmable element T _SAMPLE . The sampling time T _SAMPLE is shifted by T _PW in Equation (20) to ensure that the demagnetization voltage at the primary winding is available until the falling edge of the sampling pulse F_SMP when the sampling circuit 118 goes into the hold mode.

In Gleichung (5) ist die Streuinduktivität des Transformators 102 nicht berücksichtigt. Die Streuinduktivität des Transformators 102 zwingt das Schaltnetzteil 100, mit höherem Tastverhältnis zu arbeiten, was wiederum die Voraussage von T_SAMPLE beeinflusst. Wenn die Streuinduktivität größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellwert ist, können K und/oder T_PROG justiert werden, um T_SAMPLE genau vorauszusagen. Zum Beispiel beeinflusst eine Streuinduktivität unter 3% die Voraussage von T_SAMPLE möglicherweise nicht. Wenn jedoch die Streuinduktivität über 3% liegt, können die Werte von K und/oder T_PROG justiert werden, um T_SAMPLE genau vorauszusagen. Typischerweise kann K nahe 1 gewählt werden, und T_PROG kann bei den meisten Anwendungen als null gewählt werden. Dies würde das Abtasten der Ausgangsspannung aktivieren, unmittelbar bevor der Sekundärstrom auf null abfällt.In equation (5) is the leakage inductance of the transformer 102 not considered. The leakage inductance of the transformer 102 forces the switching power supply 100 working with higher duty cycle, which in turn affects the prediction of T _SAMPLE . If the leakage inductance is greater than or equal to a predetermined threshold, K and / or T _{PROG can be} adjusted to accurately predict T _SAMPLE . For example, stray inductance below 3% may not affect the prediction of T _SAMPLE . However, if the leakage inductance is above 3%, the values of K and / or T _{PROG can be} adjusted to accurately predict T _SAMPLE . Typically, K can be chosen near 1, and T _PROG can be chosen to be zero in most applications. This would activate the sampling of the output voltage just before the secondary current drops to zero.

Die Nullstromerfassung 116 benutzt den Skalierfaktor K, um einen Anstieg der Ladespannung über der zweiten Kapazität C4 zu justieren, wobei der Wert von K im Bereich von 0,5 bis 1 liegt. Wenn sich der Wert von K verringert, wie in 7 gezeigt, verschiebt sich die Abtastzeit von der Zeit, zu der der Sekundärstrom aufhört, auf null zu gehen, nach links zu der Zeit hin, zu der T_ON endet. The zero current detection 116 uses the scaling factor K to adjust an increase in the charging voltage across the second capacitor C4, the value of K being in the range of 0.5 to 1. When the value of K decreases, as in 7 As shown, the sampling time shifts from the time the secondary current ceases to go to zero, to the left at the time _TON ends.

In der ersten Verzögerungsschaltung 152 (von der ein Beispiel in 8 gezeigt ist) kann die Verzögerung programmierbar sein. Zum Beispiel kann die erste Verzögerungsschaltung 152 zusätzlich zu einer festen, in 8 gezeigten Lade-Stromquelle eine veränderliche Entlade-Stromquelle (nicht gezeigt) enthalten. Ein voreingestellter Offsetwert der veränderlichen Stromquelle ist so gewählt, dass die Kompensationsverzögerung T_COMPENSATE gleich einer Summe von T_BLANK und T_PW ist. Die Kompensationsverzögerung T_COMPENSATE kann um einen Betrag T_PROG rund um eine voreingestellte feste Verzögerung von T_BLANK plus T_PW entweder erhöht oder vermindert werden, indem die veränderliche Entlade-Stromquelle verändert wird.In the first delay circuit 152 (of which an example in 8th shown), the delay may be programmable. For example, the first delay circuit 152 in addition to a fixed, in 8th shown charging current source include a variable discharge power source (not shown). A preset offset value of the variable current source is selected so that the compensation _delay T _{COMPENSATE is} equal to a sum of T _BLANK and T _PW . The compensation _delay T _COMPENSATE can either be increased or decreased by an amount T _PROG about a preset fixed delay of T _BLANK plus T _PW by changing the variable discharge power source.

Mit Bezug auf 10 ist nun ein vorausschauendes Abtastverfahren 200 zum primärseitigen Erfassen und Regeln in galvanisch getrennten Sperrwandlern gezeigt. Bei 202 wird ein Steuersignal erzeugt, das pulsbreitenmodulierte Pulse mit einer ersten Frequenz und einem ersten Tastverhältnis enthält. Bei 204 steuert das Steuersignal einen Schalter, der über eine Primärwicklung eines Transformators mit einer Eingangsspannung verbunden ist. Bei 206 regelt das Steuersignal eine Ausgangsspannung über einer Sekundärwicklung des Transformators durch Ein- und Ausschalten des Schalters bei der ersten Frequenz. Bei 208 wird die Ausgangsspannung an eine Last angelegt, die über ein mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltetes Bauteil über der Sekundärwicklung angeschlossen ist.Regarding 10 is now a predictive scanning method 200 to the primary-side detection and control in galvanically isolated flyback converters shown. at 202 A control signal is generated containing pulse width modulated pulses having a first frequency and a first duty cycle. at 204 the control signal controls a switch which is connected via a primary winding of a transformer to an input voltage. at 206 The control signal controls an output voltage across a secondary winding of the transformer by turning the switch on and off at the first frequency. at 208 the output voltage is applied to a load which is connected across the secondary winding via a component connected in series with the secondary winding.

Bei 210 wird eine erste Spannung über der Primärwicklung während einer durch eine Ausschaltzeit des Schalters (T_OFF) dargestellten Entmagnetisierungszeit erfasst. Die erste Spannung stellt die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung dar. Bei 212 wird ein einzelner Puls bei einer Abtastzeit während jedes Zyklus des Steuersignals erzeugt. Bei 214 wird die Abtastzeit während eines ersten Zyklus des Steuersignals auf Grundlage der Eingangsspannung, eines Spannungsabfalls über dem Schalter, des ersten Tastverhältnisses (oder der primärseitigen Leitungszeit) und eines Werts der ersten Spannung bestimmt, die während des ersten Zyklus des Steuersignals erfasst wird. Der einzelne Puls wird um einen ersten Zeitraum (z. B. T_BLANK) verzögert, der auf eine Einschaltzeit des PWM-Pulses folgt, um Überschwingen aufgrund einer Streuinduktivität des Transformators und der parasitären Kapazität des Schalters zu berücksichtigen.at 210 a first voltage across the primary winding is detected during a demagnetization time represented by a turn-off time of the switch (T _OFF ). The first voltage represents the output voltage across the secondary winding 212 For example, a single pulse is generated at a sample time during each cycle of the control signal. at 214 For example, the sampling time is determined during a first cycle of the control signal based on the input voltage, a voltage drop across the switch, the first duty cycle (or primary side conduction time), and a value of the first voltage detected during the first cycle of the control signal. The single pulse is delayed for a first period of time (eg, T _BLANK ) following an on-time of the PWM pulse to account for overshoot due to stray inductance of the transformer and the parasitic capacitance of the switch.

Bei 216 wird unter Verwendung eines einzigen Schalters und einer einzigen Kapazität die erste Spannung einmal zur Abtastzeit während des ersten Zyklus des Steuersignals auf Grundlage des einzelnen Pulses abgetastet. Ein Abtastwert der ersten Spannung spiegelt die Ausgangsspannung mit minimierten Spannungsabfällen über dem Bauteil und parasitären Elementen der Sekundärwicklung während des ersten Zyklus des Steuersignals wider. Bei 218 wird der Abtastwert der ersten Spannung mit einer Referenzspannung verglichen, und ein Fehlersignal wird während des ersten Zyklus des Steuersignals erzeugt. Das erste Tastverhältnis des Steuersignals wird während des ersten Zyklus des Steuersignals auf Grundlage des Fehlersignals gesteuert.at 216 For example, using a single switch and a single capacitance, the first voltage is sampled once at the sampling time during the first cycle of the control signal based on the single pulse. A sample of the first voltage reflects the output voltage with minimized voltage drops across the device and parasitic elements of the secondary during the first cycle of the control signal. at 218 the sample of the first voltage is compared with a reference voltage, and an error signal is generated during the first cycle of the control signal. The first duty cycle of the control signal is controlled during the first cycle of the control signal based on the error signal.

Demgemäß ist die Abtastzeit unabhängig von Änderungen der Spannungsabfälle über dem Bauteil und den parasitären Elementen der Sekundärwicklung vom ersten Zyklus des Steuersignals zu einem zweiten Zyklus des Steuersignals, da die Abtastzeit auf Grundlage von in Echtzeit ausgegebenen Informationen bestimmt wird. Die Abtastzeit ist programmierbar, um Streuungen einer Streuinduktivität des Transformators zu berücksichtigen. Die Abtastzeit ist ein Zeitpunkt, der einer Einschaltzeit des PWM-Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals nach einem Zeitraum folgt, der gleich einer skalierten Ausschaltzeit des Schalters (K·T_OFF) minus einer Summe aus einer Dauer des einzelnen Pulses (T_PW) und einer programmierbaren Verzögerung (T_PROG) ist. Die programmierbare Verzögerung (T_PROG) berücksichtigt Streuungen der Streuinduktivität des Transformators. Die Abtastzeit liegt zwischen einem Ende einer Einschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals und einem Zeitpunkt während einer Ausschaltzeit des Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals, wenn der Strom in der Sekundärwicklung auf null abfällt.Accordingly, the sampling time is independent of changes in the voltage drops across the device and parasitic elements of the secondary winding from the first cycle of the control signal to a second cycle of the control signal because the sampling time is determined based on information output in real time. The sampling time is programmable to account for variations in a stray inductance of the transformer. The sampling time is a time following an on time of the PWM pulse in the first cycle of the control signal after a period equal to a scaled off time of the switch (K · T _OFF ) minus a sum of a duration of the single pulse (T _PW ) and a programmable delay (T _PROG ). The programmable delay (T _PROG ) takes into account _{variations in} the stray inductance of the transformer. The sampling time is between an end of a pulse width modulated pulse on time in the first cycle of the control signal and a time during an off time of the pulse in the first cycle of the control signal when the current in the secondary winding drops to zero.

Unter Bezugnahme auf 11 ist nun ein Verfahren 250 zum Erzeugen des Abtastpulses in jedem Zyklus des Steuersignals gezeigt. Bei 252 wird eine erste Kapazität bei einer ersten Flanke (z. B. einer steigenden Flanke) eines pulsbreitenmodulierten Pulses in einem ersten Zyklus des Steuersignals unter Verwendung eines Pulses des monostabilen Multivibrators auf ein Massepotential entladen. Bei 254 wird die erste Kapazität bis zu einer zweiten Flanke (z. B. einer fallenden Flanke) des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals unter Verwendung eines ersten Stroms (I_IN) auf eine erste Spannung (VC1) geladen. Bei 256 wird die erste Kapazität über einen ersten Zeitraum (z. B. T_COMPENSATE) nach Warten während eines zweiten Zeitraums (z. B. T_BLANK) nach der zweiten Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals unter Verwendung eines zweiten Stroms (I_OUT/K) auf eine zweite Spannung (Endwert von VC1) entladen. Bei 258 wird eine zweite Kapazität unter Verwendung eines dritten Stroms (I_OUT) auf eine dritte Spannung (VC2) geladen, nachdem während des zweiten Zeitraums nach der zweiten Flanke des pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals abgewartet wurde, bis der Strom in der Sekundärwicklung null wird.With reference to 11 is now a procedure 250 for generating the sampling pulse in each cycle of the control signal. at 252 For example, a first capacitance at a first edge (eg, a rising edge) of a pulse width modulated pulse in a first cycle of the control signal is discharged to a ground potential using a pulse of the monostable multivibrator. at 254 the first capacitance is charged to a first voltage (VC1) using a first current (I _IN ) until a second edge (eg, a falling edge) of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal. at 256 For example, after a second period of time (eg, T _BLANK ), the first capacitor will be _delayed for a second time period (eg, T _COMPENSATE ) after the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal using a second current (I _OUT / K) to a second voltage (final value of VC1). at 258 a second capacitance is charged to a third voltage (VC2) using a third current (I _OUT ) after waiting for the second time period after the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero ,

Bei 260 wird die zweite Spannung mit der dritten Spannung verglichen, um eine Abtastzeit (z. B. T_SAMPLE) zu bestimmen, bei der ein einzelner Abtastpuls erzeugt wird, wenn die dritte Spannung größer als die zweite Spannung wird. Der einzelne Abtastpuls wird verwendet, um eine erste Spannung über der Primärwicklung des Transformators im ersten Zyklus des Steuersignals abzutasten. Die im ersten Zyklus des Steuersignals abgetastete erste Spannung spiegelt die Spannungsabfälle über den parasitären Elementen auf der Sekundärseite im ersten Zyklus des Steuersignals wider.at 260 the second voltage is compared to the third voltage to determine a sample time (eg, T _SAMPLE ) at which a single sample pulse is generated when the third voltage becomes greater than the second voltage. The single sample pulse is used to sample a first voltage across the primary winding of the transformer in the first cycle of the control signal. The first voltage sensed in the first cycle of the control signal reflects the voltage drops across the parasitic elements on the secondary side in the first cycle of the control signal.

Bei diesem Verfahren ist der erste Zeitraum (z. B. T_COMPENSATE) eine Summe aus dem zweiten Zeitraum (z. B. T_BLANK), einer Dauer des einzelnen Pulses (z. B. T_PW) und einer programmierbaren Verzögerung (z. B. T_PROG). Die zweite Kapazität beträgt das K-Fache der ersten Kapazität, wobei K kleiner als oder gleich 1 ist (z. B. 0,5 ≤ K ≤ 1). Die Abtastzeit ist gleich dem K-fachen einer Ausschaltzeit eines pulsbreitenmodulierten Pulses im ersten Zyklus des Steuersignals minus einer Summe aus einer Dauer des einzelnen Pulses und einer programmierbaren Verzögerung (d. h. T_SAMPLE = K·T_OFF – (T_PW + T_PROG)).In this method, the first period (eg, T _COMPENSATE ) is a sum of the second period (eg, T _BLANK ), a duration of the single pulse (eg, T _PW ), and a programmable delay (e.g. T _PROG ). The second capacity is K times the first capacity, where K is less than or equal to 1 (eg 0.5 ≤ K ≤ 1). The sampling time is equal to K times a turn-off time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal minus a sum of a single pulse duration and a programmable delay (ie, T _SAMPLE = K * T _OFF - (T _PW + T _PROG )).

Die vorstehende Beschreibung ist nur erläuternder Natur, und es ist keineswegs beabsichtigt, dass sie die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Nutzungen einschränkt. Die weitreichenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt sein. Daher sollte, während diese Offenbarung besondere Beispiele enthält, der wahre Umfang der Offenbarung nicht so beschränkt sein, da andere Modifikationen nach Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Wie er hier benutzt ist, sollte der Satz „mindestens eines aus A, B oder C” so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) meint, unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen ODERs. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.The foregoing description is merely illustrative in nature and is in no way intended to limit the disclosure, its application, or uses. The broad teachings of the disclosure may be implemented in a variety of forms. Therefore, while this disclosure includes particular examples, the true scope of the disclosure should not be so limited since other modifications will become apparent upon study of the drawings, the specification, and the following claims. As used herein, the phrase "at least one of A, B or C" should be construed to mean a logical (A or B or C) using a non-exclusive logical OR. It will be understood that one or more steps within a method may be performed in a different order (or concurrently) without altering the principles of the present disclosure.

Claims

System comprising: a switch connected to an input voltage through a primary winding of a transformer; a pulse width modulator that generates a control signal that includes pulse width modulated pulses having a first frequency and a first duty cycle that controls the switch based on the control signal, and an output voltage across a secondary winding of the transformer by turning the first frequency switch on and off controls, wherein the output voltage is applied to a load which is connected via a connected in series with the secondary winding member via the secondary winding; a voltage sensing circuit that senses a first voltage across the primary winding during a degaussing time represented by a turn-off time of the switch, the first voltage representing the output voltage across the secondary winding; a pulse generator generating a single pulse at a sample time during each cycle of the control signal, the sample time being determined during a first cycle of the control signal based on the input voltage, a voltage drop across the switch, a switch on time, and a first voltage value; which is detected during the first cycle of the control signal; a sampling circuit sampling the first voltage based on the single pulse at the sampling time during the first cycle of the control signal, wherein a sample of the first voltage reflects the output voltage with minimized voltage drops across the component and parasitic elements of the secondary during the first cycle of the control signal; and an error amplifier that compares the sample of the first voltage with a reference voltage and outputs an error signal to the pulse width modulator during the first cycle of the control signal, the pulse width modulator controlling the first duty cycle of the control signal during the first cycle of the control signal based on the error signal generated by the error amplifier.

The system of claim 1, wherein the sampling time from the first cycle of the control signal to a second cycle of the control signal is independent of changes in the voltage drops across the device and the parasitic elements of the secondary winding.

The system of claim 1, wherein the sampling time is programmable to account for variations in stray inductance of the transformer.

The system of claim 1, wherein the sampling circuit includes a single switch and a single capacitance.

The system of claim 1, wherein: the sampling time occurs after a period of time following an ON time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal; the time period is equal to a scaled turn-off time of the switch minus a sum of a duration of the single pulse and a programmable delay; and the programmable delay takes into account variations in a stray inductance of the transformer.

The system of claim 1, wherein the sampling time is between an end of a pulse width modulated pulse on time in the first cycle of the control signal and a time during a pulse off period in the first cycle of the control signal when current in the secondary winding drops to zero.

The system of claim 1, further comprising a delay circuit that delays the detection of the first voltage for a first period of time following a pulse width modulated pulse on time in the first cycle of the control signal to account for overshoot due to stray inductance of the transformer and parasitic capacitance of the switch.

The system of claim 1, wherein the pulse generator comprises: a first capacitor, which is discharged at a first edge of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal to a ground potential, which is charged to a second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, and over a first period to a second voltage is discharged after waiting a second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal; a second capacitance that is charged to a third voltage after waiting the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero; and a comparator that compares the second voltage with the third voltage and that generates the single pulse when the third voltage becomes greater than the second voltage.

The system of claim 8, wherein the first time period is a sum of the second time period, a duration of the single pulse, and a programmable delay.

The system of claim 8, wherein the second capacity is K times the first capacity, where K is less than or equal to one.

The system of claim 10, wherein the sampling time is equal to K times a turn-off time of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal minus a sum of a duration of the single pulse and a programmable delay.

The system of claim 10, wherein: the first capacitance is charged using a first current to the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, the first current being proportional to the input voltage; the first capacitance is discharged to the second voltage using a second current over the first period of time after the second period of time has passed following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, the second current being proportional to the first voltage through K; and the second capacitor is charged to the third voltage using a third current after waiting the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero, the third current being proportional to first tension is.

A method, comprising: generating a control signal that includes pulse width modulated pulses having a first frequency and a first duty cycle; Controlling a switch connected to an input voltage via a primary winding of a transformer based on the control signal; Controlling an output voltage across a secondary winding of the transformer by turning on and off the switch at the first frequency; Applying the output voltage to a load connected across the secondary winding via a device connected in series with the secondary winding; Detecting a first voltage across the primary during a degaussing time represented by a turn-off time of the switch, the first voltage representing the output voltage across the secondary winding; Generating a single pulse at a sampling time during each cycle of the control signal; Determining the sampling time during a first cycle of the control signal based on the input voltage, a voltage drop across the switch, an on time of the switch, and a value of the first voltage detected during the first cycle of the control signal; Sampling the first voltage based on the single pulse at sampling time during the first cycle of the control signal, wherein a sample of the first voltage reflects the output voltage with minimized voltage drops across the component and parasitic elements of the secondary during the first cycle of the control signal; Comparing the sample of the first voltage with a reference voltage; Generating an error signal based on the comparison during the first cycle of the control signal; and controlling the first duty cycle of the control signal during the first cycle of the control signal based on the error signal.

The method of claim 13, wherein the sampling time from the first cycle of the control signal to a second cycle of the control signal is independent of changes in the voltage drops across the device and the parasitic elements of the secondary winding.

The method of claim 13, wherein the sampling time is programmable to account for variations in stray inductance of the transformer.

The method of claim 13, wherein the sampling of the first voltage is done using a single switch and a single capacitance.

The method of claim 13, wherein: the sampling time occurs after a period of time following an ON time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal; the time period is equal to a scaled turn-off time of the switch minus a sum of a duration of the single pulse and a programmable delay; and the programmable delay takes into account variations in a stray inductance of the transformer.

The method of claim 13, wherein the sampling time is between an end of a pulse width modulated pulse on time in the first cycle of the control signal and a time during a pulse off period in the first cycle of the control signal when the current in the secondary winding drops to zero.

The method of claim 13, further comprising delaying the detection of the first voltage for a first period of time following an on-time of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal to account for overshoot due to stray inductance of the transformer and parasitic capacitance of the switch.

The method of claim 13, further comprising: discharging a first capacitance to a ground potential at a first edge of a pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal; Charging the first capacitor to a second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal; Discharging the first capacitance to a second voltage during a first time period after waiting for a second time period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal; Charging a second capacitance to a third voltage after waiting the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero; Comparing the second voltage with the third voltage; and generating the single pulse when the third voltage becomes greater than the second voltage.

The method of claim 20, wherein the first period is a sum of the second period, a duration of the single pulse, and a programmable delay.

The method of claim 20, wherein the second capacitance is K times the first capacitance, where K is less than or equal to one.

The method of claim 22, wherein the sampling time is equal to K times a turn-off time of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal minus a sum of a duration of the single pulse and a programmable delay.

The method of claim 22, further comprising: charging the first capacitance using a first current until the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, the first current being proportional to the input voltage; Discharging the first capacitance to the second voltage using a second current during the first time period after waiting for the second time period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal, the second current being proportional to the first voltage divided by K; and charging the second capacitor to the third voltage using a third current after waiting the second period following the second edge of the pulse width modulated pulse in the first cycle of the control signal until the current in the secondary winding becomes zero, the third current proportional to first tension is.